CN107101715A - 一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法 - Google Patents

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CN107101715A CN201710378853.2A CN201710378853A CN107101715A CN 107101715 A CN107101715 A CN 107101715A CN 201710378853 A CN201710378853 A CN 201710378853A CN 107101715 A CN107101715 A CN 107101715A
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薛静
赵莉华
丰遥
申峻
张丽娟
靳斌
李诗勇
吴金勇
谢荣斌
张霖
陆禹初
高奇思
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Guizhou Power Grid Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Abstract

本发明公开了一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法,它包括:步骤1、在变压器油箱表面采集变压器每相两个不同位置的振动信号,记为x(t),y(t);步骤2、对变压器振动信号交叉小波变换,得到功率谱密;步骤3、确定变压器振动信号特征频率;步骤4、确定变压器振动信号特征幅值;解决了现有研究技术多基于变压器油箱表面一个测试位置的振动信号进行分析,未考虑变压器不同测点振动信号特性的差异,导致测试位置改变时,特征量不具有通用性等技术问题。

Description

一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法
技术领域
[0001] 本发明属于变压器信号检测技术,尤其涉及一种基于交叉小波的变压器振动信号 幅频特征量提取方法。
背景技术
[0002] 变压器振动信号包含了变压器的状态信息,基于振动信号的变压器状态诊断技术 在变压器状态检测领域具有良好的应用前景。变压器本体铁心和绕组产生的振动信号经绝 缘油和结构件传递至油箱表面,在油箱表面测试得到的振动信号除变压器本体振动信号外 还含有传播路径带来的干扰。同一相两个不同测试位置采集得到的振动信号,由于传输路 径不同导致信号除含有变压器本体振动信息外,还包含不同的干扰信息。现有研究技术多 基于变压器油箱表面一个测试位置的振动信号进行分析,未考虑变压器不同测点振动信号 特性的差异,导致测试位置改变时,特征量不具有通用性。
发明内容:
[0003] 本发明要解决的技术问题:提供一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量 提取方法,以解决现有技术的变压器振动信号测试在油箱表面测试得到的振动信号除变压 器本体振动信号外还含有传播路径带来的干扰;同一相两个不同测试位置采集得到的振动 信号,由于传输路径不同导致信号除含有变压器本体振动信息外,还包含不同的干扰信息; 现有研究技术多基于变压器油箱表面一个测试位置的振动信号进行分析,未考虑变压器不 同测点振动信号特性的差异,导致测试位置改变时,特征量不具有通用性等技术问题。
[0004] 本发明技术方案:
[0005] —种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法,它包括:
[0006] 步骤1、在变压器油箱表面采集变压器每相两个不同位置的振动信号,记为x(t),y ⑴;
[0007] 步骤2、对变压器振动信号交叉小波变换,得到功率谱密度;
[0008] 步骤3、确定变压器振动信号特征频率;
[0009] 步骤4、确定变压器振动信号特征幅值。
[0010] 步骤1所述的每相两个不同位置的振动信号指的是每相顶部和正面中部振动加速 度信号。
[0011] 步骤2所述对变压器振动信号交叉小波变换,得到功率谱密度的方法包括:
[0012] 步骤2.1、首先对两测点振动信号进行小波变换:
Figure CN107101715AD00031
[0015] 式中,Wx (a, τ)、Wy (a, τ)分别为为信号X (t)、y⑴的小波函数;a (a>0)为尺度算子; τ为位移算子;Φ为母小波;*表示复共辄;t表示时间量;
[0016] 步骤2.2、在信号小波变换的基础上进行交叉小波变换:
[0017]
Figure CN107101715AD00041
[0018] 式中,Wxy (a,τ)为信号X⑴、y⑴的交叉小波函数;
Figure CN107101715AD00042
为y⑴的小波函数 的复共辄;|Wxy (a,i) I表示功率谱密度。
[0019] 步骤3所述确定变压器振动信号特征频率的方法为:根据交叉小波变换结果,功率 谱密度最大值对应的频率为振动信号特征频率。
[0020] 步骤4所述的确定变压器振动信号特征幅值的方法为:x(t),y(t)两侧点振动信 号强度不同,以振动最强的测点振动信号为基准,通过小波分解,提取基准信号特征频率对 应的信号小波分量,以该小波分量幅值作为变压器振动信号特征幅值。
[0021] 本发明的有益效果:
[0022] 本发明将变压器每相两个测试位置的振动信号作为分析对象,采用交叉小波变换 提取两个测试位置振动信号的最相关频率成分,将该频率作为变压器振动信号特征频率, 进而通过小波分解提取原信号特征频率对应的小波分量,以该小波分量幅值作为变压器振 动信号特征幅值,最后得到振动信号的幅频特征量。本发明方法提取得到的振动信号幅频 特征量包含了变压器振动的时频特性,可以区分变压器的不同状态。
[0023] 本发明通过交叉小波变换能滤除两信号之间的独立成分,提取最相关频率段成 分,将交叉小波变换应用于变压器同相两不同测点的振动信号分析,则能从油箱测试信号 中提取出变压器本体振动信号的主成分。此外,由于单独基于振动信号时域或频域特征量 对信号特性的描述并不完善,因此本发明提出以时域幅值,频域频率结合作为幅频特征量 对信号特性进行表征,有利于完备的反映信号特征;本发明基于交叉小波的变压器振动信 号幅频特征量提取方法对变压器振动信号特征的准确提取具有重要意义;
[0024] 解决了现有技术的变压器振动信号测试在油箱表面测试得到的振动信号除变压 器本体振动信号外还含有传播路径带来的干扰;同一相两个不同测试位置采集得到的振动 信号,由于传输路径不同导致信号除含有变压器本体振动信息外,还包含不同的干扰信息; 现有研究技术多基于变压器油箱表面一个测试位置的振动信号进行分析,未考虑变压器不 同测点振动信号特性的差异,导致测试位置改变时,特征量不具有通用性等技术问题。
附图说明:
[0025] 图1为X (t),y⑴信号的时域波形示意图;
[0026] 图2为y⑴信号小波分解结果示意图。
具体实施方式:
[0027] —种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法,交叉小波变换基于变 压器同相两个不同测试位置的振动信号提取变压器本体振动的主成分,幅频特征量能反映 振动信号的时域和频域特征,可以区分变压器的不同状态;具体步骤它包括:
[0028] 步骤1、在变压器油箱表面采集变压器每相两个不同位置的振动信号,记为x(t),y (t);
[0029] 步骤1所述的每相两个不同位置的振动信号指的是每相顶部和正面中部振动加速 度信号。
[0030] 步骤2、对变压器振动信号交叉小波变换,得到功率谱密度;步骤2所述对变压器振 动信号交叉小波变换,得到功率谱密度的方法包括:
[0031] 步骤2.1、首先对两测点振动信号进行小波变换:
Figure CN107101715AD00051
[0034] 式中,Wx (a, τ)、Wy (a, τ)分别为为信号X (t)、y⑴的小波函数;a (a>0)为尺度算子; τ为位移算子;Φ为母小波;*表示复共辄;t表示时间量。
[0035] 步骤2.2、在信号小波变换的基础上进行交叉小波变换:
[0036]
Figure CN107101715AD00052
[0037] 式中,Wxy (a,τ)为信号x(t)、y⑴的交叉小波函数
Figure CN107101715AD00053
ι为y(t)的小波函数 的复共辄;|Wxy (a,T) I表示功率谱密度,表示信号各频率段的相关程度,值越大,表明两信号 相关性越显著。
[0038] 步骤3、确定变压器振动信号特征频率;
[0039] 步骤3所述确定变压器振动信号特征频率的方法为:根据交叉小波变换结果,功率 谱密度最大值对应的频率为振动信号特征频率。
[0040] 步骤4、确定变压器振动信号特征幅值。
[0041] 步骤4所述的确定变压器振动信号特征幅值的方法为:x(t),y(t)两侧点振动信 号强度不同,以振动最强的测点振动信号为基准,通过小波分解,提取基准信号特征频率对 应的信号小波分量,以该小波分量幅值作为变压器振动信号特征幅值。
[0042] 本发明基于变压器同相两个测试位置的振动信号,提取变压器本体振动主成分; 本发明以幅值为时域特征量,频率为频域特征量,幅频特性包含了变压器振动信号的时频 域特性。
[0043] 下面结合附图对本发明的实施过程作进一步说明。
[0044] —台型号为S11-M-10/10的变压器带额定负载运行,采集A相顶部和正面中部振动 加速度信号,即X⑴,y(t),两测点振动信号波形如图1所示。
[0045] 对两信号进行交叉小波变换,
[0046] 由交叉小波变换分析结果可知,两测点振动信号在IOOHz频率处最相关。即IOOHz 频率成分为变压器运行时本体振动信号主成分。以y (t)为基准,通过小波分解提取IOOHz频 段信号,小波分解结果如图2所示。由小波分解结果可知,d8即为原信号IOOHz分量成分,其 幅值为〇. 〇425g。所以,该台变压器在带额定负载条件A相振动信号幅频特征量为(100Hz, 0.0425g)。

Claims (5)

1. 一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法,它包括: 步骤1、在变压器油箱表面采集变压器每相两个不同位置的振动信号,记为X⑴,y(t); 步骤2、对变压器振动信号交叉小波变换,得到功率谱密度; 步骤3、确定变压器振动信号特征频率; 步骤4、确定变压器振动信号特征幅值。
2. 根据权利要求1所述的一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法, 其特征在于:步骤1所述的每相两个不同位置的振动信号指的是每相顶部和正面中部振动 加速度信号。
3. 根据权利要求1所述的一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法, 其特征在于:步骤2所述对变压器振动信号交叉小波变换,得到功率谱密度的方法包括: 步骤2.1、首先对两测点振动信号进行小波变换: Wx (a,r) - j_7χ{ί)ψ* I -~~- dt (I ) Wy (α,τ) = αιη-\+Ιν{ήψ* f (2) —I « J 式中,Wx (a, τ)、Wy (a, τ)分别为为信号X⑴、y⑴的小波函数;a (a>0)为尺度算子;τ为位 移算子;φ为母小波;*表示复共辄;t表示时间量; 步骤2.2、在信号小波变换的基础上进行交叉小波变换: Wxy (a, τ) =Wx (a, τ) Wy* (a, τ) (3) 式中,Wxy (a, τ)为信号X (t)、y (t)的交叉小波函数;Wy* (a, τ)为y (t)的小波函数的复共 辄;I Wxy (a,τ) I表示功率谱密度。
4. 根据权利要求1所述的一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法, 其特征在于:步骤3所述确定变压器振动信号特征频率的方法为:根据交叉小波变换结果, 功率谱密度最大值对应的频率为振动信号特征频率。
5. 根据权利要求1所述的一种基于交叉小波的变压器振动信号幅频特征量提取方法, 其特征在于:步骤4所述的确定变压器振动信号特征幅值的方法为:X (t),y (t)两侧点振动 信号强度不同,以振动最强的测点振动信号为基准,通过小波分解,提取基准信号特征频率 对应的信号小波分量,以该小波分量幅值作为变压器振动信号特征幅值。
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